粘土鉱物の相変態誘起を介したCs除去に関するアルカリ塩化物の反応促進効果

Reaction facilitation effect of alkaline chloride on Cs removal through phase transformation of a clay mineral

下山 巖   ; 馬場 祐治*  

Shimoyama, Iwao; Baba, Yuji*

セシウムフリー鉱化法は粘土鉱物を異なる鉱物に変換する過程で放射性Csを除去するため従来よりも低温での土壌除染を可能にするが、その効率は添加剤に依存する。CaClは700C付近で粘土鉱物の相変態を誘起し高い除染率を示すが、Clによる相変態誘起効果の詳細は不明である。本研究ではCs収着風化黒雲母(Cs-WB)を模擬土壌とし、相変態温度よりも低温でのCs-WBとClとの相互作用をNEXAFS分光法により調べた。NaCl-CaClとの熱処理後に塩を水洗浄で除去しスペクトルを測定した。400C付近で異なる化学結合状態をとる複数種のClサイトの形成が観測され、塩素を含むシリカモデルクラスターの電子状態をDV-X分子軌道計算により求め、それに基づいて光吸収断面積スペクトルを調べたところ、観測された成分は+1価、-1価、及び高価数のClにより解釈できることを明らかにした。Cl-O結合をとるClサイトはシリカネットワークを不安定にする効果を持つため、これにより低温での粘土鉱物の分解が促進されたと考えられる。さらに他の試薬との比較からClによる効果が添加剤の対カチオンの価数に依存することを示す。

Cs-free mineralization enable soil decontamination at lower temperature than conventional heat treatments because Cs is removed through conversion of clay minerals to different minerals, but the efficiency depends on additives. CaCl derives high decontamination ratio accompanying phase transformation of clay minerals at 700C, however, the effect of Cl is unclear. In this work, Cs-sorbed weathered biotite (Cs-WB) was used as a model soil, and the interaction between Cl and Cs-WB before phase transformation was investigated using NEXAFS spectroscopy. Cs-WB was reacted with NaCl-CaCl and excessive salt was removed by water rinsing. NEXAFS spectrum of the sample prepared at 400C showed three kind of Cl sites which are attributed to -1, +1, and high valencies based on the DV-X molecular orbital calculations. Because +1 and high valence Cl sites with Cl-O bonding destabilize silica framework, this interaction can facilitate decomposition of clay minerals at moderate temperatures. The comparison of other chloride reagents suggests that the effect of Cl depends on the valence of counter cation in the reagent.